一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜及其制備方法。制備方法為：采用聚偏氟乙烯和氧化鋯纖維，經(jīng)溶解、混合、涂層和浸泡得到濕態(tài)下的薄膜，再經(jīng)烘干制成干態(tài)的多孔電池隔膜。本發(fā)明專利技術(shù)提供的電池隔膜具有極高的尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，且具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)鋰電池在高溫下的應(yīng)用。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種電池隔膜及其制備方法，具體涉及一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜及其制備方法。
技術(shù)介紹
鋰電池作為當(dāng)前最受歡迎的儲(chǔ)能系統(tǒng)，由陰極、陽(yáng)極、隔膜和電解液組成，其中隔膜的作用是兩個(gè)電極之間的傳輸介質(zhì)，同時(shí)控制鋰電子的遷移數(shù)。聚烯烴微孔膜因?yàn)橛泻线m的化學(xué)穩(wěn)定性、厚度、孔徑和機(jī)械強(qiáng)度，被廣泛應(yīng)用于鋰電池隔膜。但是，聚烯烴微孔膜熔點(diǎn)較低，無(wú)法長(zhǎng)期在高溫下工作，且易在高溫下引發(fā)安全事故。此外，當(dāng)溫度超過(guò)聚烯烴的熔點(diǎn)時(shí)，融化的隔膜會(huì)使電極之間發(fā)生短路，而傳統(tǒng)電解液在聚烯烴微孔膜上的潤(rùn)濕性較差，也會(huì)給電池的性能帶來(lái)負(fù)面影響。目前，在聚烯烴微孔膜表面涂覆無(wú)機(jī)顆粒是解決上述問(wèn)題的普遍方案。然而，涂覆過(guò)程中很多微小的孔隙不可避免地被封鎖，導(dǎo)致整體孔隙率的下降。同時(shí)，長(zhǎng)期浸泡在電解液中的顆粒，特別是隔膜表面的顆粒易從聚烯烴主體上脫落，導(dǎo)致電池的使用壽命受限。為了克服此類電池隔膜的缺陷，本專利技術(shù)使用無(wú)機(jī)氧化鋯纖維替代無(wú)機(jī)顆粒，制備出一種具有極高尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的電池隔膜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的問(wèn)題是，采用現(xiàn)有技術(shù)制得的電池隔膜無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋰電池在高溫下的應(yīng)用。本專利技術(shù)解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯(PVDF)和氧化鋯(ZrO2)纖維，經(jīng)溶解、混合、涂層和浸泡得到濕態(tài)下的薄膜，再經(jīng)烘干制成干態(tài)的多孔電池隔膜。優(yōu)選地，具體步驟如下：第一步：將0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，獲得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并攪拌均勻；第二步：往第一步得到的透明溶液中添加氧化鋯纖維，攪拌12h以上，使其均勻；第三步：用刮刀涂層機(jī)將第二步得到的溶液均勻地涂抹在一塊潔凈的玻璃板上，而后將玻璃板在空氣中暴露；第四步：將第三步中的玻璃板放在去離子水中靜置，發(fā)生相轉(zhuǎn)化過(guò)程，水和NMP發(fā)生交換，形成濕態(tài)下的薄膜；第五步：將第四步得到的濕態(tài)下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干態(tài)的隔膜。優(yōu)選地，所述第二步中往第一步得到的透明溶液中添加的氧化鋯纖維與聚偏氟乙烯粉末的重量比為1∶3～3∶1。優(yōu)選地，所述第三步中刮刀涂層機(jī)的涂層速度為2.5cm/s，玻璃板在空氣中暴露的時(shí)間為30min。優(yōu)選地，所述第五步中烘箱為真空烘箱，烘干溫度為80℃，烘干時(shí)間為12h。本專利技術(shù)還提供了一種采用上述聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方法制備的聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜。優(yōu)選地，聚偏氟乙烯以多孔形態(tài)填充在氧化鋯纖維間的大孔中。優(yōu)選地，所述隔膜的平均孔徑為600nm，孔徑分布距離為100～900nm。本專利技術(shù)提供的電池隔膜具有極高的尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，且具有優(yōu)良的電化學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)鋰電池在高溫下的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果為：(1)以無(wú)機(jī)ZrO2纖維代替無(wú)機(jī)顆粒，可有效地避免無(wú)機(jī)顆粒封鎖膜的微孔，提高膜的孔隙率；(2)ZrO2纖維給電池隔膜提供較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，另外，電解液在其表面的潤(rùn)濕性較好；(3)ZrＯ2纖維提高了電池隔膜的機(jī)械性能，可防止電池隔膜因劇烈燃燒而發(fā)生變形。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，作詳細(xì)說(shuō)明如下。實(shí)施例1將0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，獲得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并攪拌均勻，再往其中添加ZrＯ2纖維，ZrＯ2纖維∶PVDF粉末＝3∶1(重量百分比)，攪拌12h，使其均勻。接著，用刮刀涂層機(jī)將得到的溶液均勻地涂抹在一塊潔凈的玻璃板上，將玻璃板在空氣中暴露后放入去離子水中靜置，發(fā)生相轉(zhuǎn)化過(guò)程，水和NMP發(fā)生交換，形成濕態(tài)下的薄膜。最后將濕態(tài)下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干態(tài)的隔膜。其中，刮刀涂層機(jī)的涂層速度為2.5cm/s，玻璃板在空氣中暴露的時(shí)間為30min，烘箱為真空烘箱，烘干溫度為80℃，烘干時(shí)間為12h。經(jīng)檢測(cè)，上述電池隔膜的孔隙率為78.38％，在干態(tài)下的應(yīng)力為4.5MPa，在濕態(tài)下的應(yīng)力為5.2MPa。將隔膜在高溫條件下放置，當(dāng)溫度達(dá)到495℃時(shí)，隔膜的重量變?yōu)槌跏贾亓康?8％，經(jīng)過(guò)240s的持續(xù)燃燒后，隔膜的結(jié)構(gòu)完整性丟失。隔膜的離子電導(dǎo)率為0.533mS/cm，在恒定電流下對(duì)電池進(jìn)行充放電，電壓從4.3V降低到3V，電池的放電容量為165.7mAh/g，50次充放電循環(huán)后，電池的放電容量為160.3mAh/g。實(shí)施例2將0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮(NMP)溶液中，獲得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并攪拌均勻，再往其中添加ZrＯ2纖維，ZrＯ2粉末∶PVDF粉末＝3∶1(重量百分比)，攪拌12h，使其均勻。接著，用刮刀涂層機(jī)將得到的溶液均勻地涂抹在一塊潔凈的玻璃板上，將玻璃板在空氣中暴露后放入去離子水中靜置，發(fā)生相轉(zhuǎn)化過(guò)程，水和NMP發(fā)生交換，形成濕態(tài)下的薄膜。最后將濕態(tài)下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干態(tài)的隔膜。其中，刮刀涂層機(jī)的涂層速度為2.5cm/s，玻璃板在空氣中暴露的時(shí)間為30min，烘箱為真空烘箱，烘干溫度為80℃，烘干時(shí)間為12h。經(jīng)檢測(cè)，上述電池隔膜的孔隙率為64.81％，在干態(tài)下的應(yīng)力為0.6MPa，在濕態(tài)下的應(yīng)力為1.9MPa。將隔膜在高溫條件下放置，當(dāng)溫度達(dá)到495℃時(shí)，隔膜的重量變?yōu)槌跏贾亓康?0％。經(jīng)過(guò)15s的持續(xù)燃燒后，隔膜的結(jié)構(gòu)完整性丟失。隔膜的離子電導(dǎo)率為0.498mS/cm，在恒定電流下對(duì)電池進(jìn)行充放電，電壓從4.3V降低到3V，電池的放電容量為150.2mAh/g，50次充放電循環(huán)后，電池的放電容量為89.5mAh/g。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯和氧化鋯纖維，經(jīng)溶解、混合、涂層和浸泡得到濕態(tài)下的薄膜，再經(jīng)烘干制成干態(tài)的多孔電池隔膜。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方法，其特征在于，采用聚偏氟乙烯和氧化鋯纖維，經(jīng)溶解、混合、涂層和浸泡得到濕態(tài)下的薄膜，再經(jīng)烘干制成干態(tài)的多孔電池隔膜。2.如權(quán)利要求1所述的聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：第一步：將0.5g的PVDF粉末溶解在9.5mL的1-甲基-2吡咯烷酮溶液中，獲得透明溶液，往透明溶液中加入200μL氨水，并攪拌均勻；第二步：往第一步得到的透明溶液中添加氧化鋯纖維，攪拌12h以上，使其均勻；第三步：用刮刀涂層機(jī)將第二步得到的溶液均勻地涂抹在一塊潔凈的玻璃板上，而后將玻璃板在空氣中暴露；第四步：將第三步中的玻璃板放在去離子水中靜置，發(fā)生相轉(zhuǎn)化過(guò)程，水和NMP發(fā)生交換，形成濕態(tài)下的薄膜；第五步：將第四步得到的濕態(tài)下的薄膜放在烘箱里烘干，得到干態(tài)的隔膜。3.如權(quán)利要求2所述的聚偏氟乙烯/氧化鋯多孔電池隔膜的制備方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃晨，秦穎，汪美娜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31